(57)【要約】  巻回された軸方向に対してセルおよびモジュールの幅がコンパクトな扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルおよび扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュールを得る。正極集電箔は、負極集電箔と重ならない位置に正極電極層が形成されていない余白、負極集電箔は、正極集電箔と重ならない位置に負極電極層が形成されていない余白が残され、正極端子は、正極集電箔の余白と接続される正極集電箔接続部、正極端子外部取り出し部および正極集電箔接続部と正極端子外部取り出し部との間に位置するとともに扁平巻回電極部の広い方の一方の側面の略半分を覆うセル内正極端子放熱部を含み、負極端子は、負極集電箔の余白と接続される負極集電箔接続部、負極端子外部取り出し部および負極集電箔接続部と負極端子外部取り出し部との間に位置するとともに扁平巻回電極部の広い方の一方の側面の残りの部分を略覆うセル内負極端子放熱部を含む。
2011027683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電箔に正極電極層が形成された帯状の正極と負極集電箔に負極電極層が形成された帯状の負極との間に電気絶縁性を有する帯状のセパレータを挟んで扁平な形状に巻回された扁平巻回電極部と、上記扁平巻回電極部に電解液を含浸させて密閉収納する密閉容器と、上記密封容器と電気的に絶縁されて上記正極集電箔および上記負極集電箔にそれぞれ接続された正極端子および負極端子とを備えた扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルにおいて、
上記正極集電箔は、上記正極電極層を上記負極電極層に重ね合わせたとき上記負極集電箔と重ならない位置に上記正極電極層が形成されていない余白が残され、
上記負極集電箔は、上記負極電極層を上記正極電極層に重ね合わせたとき上記正極集電箔と重ならない位置に上記負極電極層が形成されていない余白が残され、
上記正極端子は、上記正極集電箔の余白と接続される正極集電箔接続部、上記密閉容器から外に延びる正極端子外部取り出し部および上記正極集電箔接続部と上記正極端子外部取り出し部との間に位置するとともに上記扁平巻回電極部の広い方の一方の側面の一部を覆うセル内正極端子放熱部を含み、
上記負極端子は、上記負極集電箔の余白と接続される負極集電箔接続部、上記密閉容器から外に延びる負極端子外部取り出し部および上記負極集電箔接続部と上記負極端子外部取り出し部との間に位置するとともに上記扁平巻回電極部の広い方の一方の側面の残りの部分を覆うセル内負極端子放熱部を含むことを特徴とする扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル。
【請求項２】
上記正極集電箔の余白は、上記正極集電箔が上記セパレータおよび上記負極集電箔と扁平に巻回されたとき、同じ位置に来るように残された突出端部であり、
上記負極集電箔の余白は、上記負極集電箔が上記セパレータおよび上記正極集電箔と扁平に巻回されたとき、同じ位置に来るように残された突出端部であることを特徴とする請求項１に記載の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル。
【請求項３】
上記セル内正極端子放熱部と上記セル内負極端子放熱部とを接続するバランス抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル。
【請求項４】
上記バランス抵抗は、半導体微粒子を含んでシート状に構成されたことを特徴とする請求項３に記載の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル。
【請求項５】
複数の請求項１乃至４のいずれかに記載の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルを２個ずつ１組にし、上記扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルのセル内正極端子放熱部が対面する密閉容器の主要面同士を、セル間放熱板を挟持して対峙させて配置し、
上記セル間放熱板は、上記扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルの底面または側面に沿うように延長された延長部を有し、
上記延長部と接続されるとともに、底面に設けられる冷却部を有することを特徴とする扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュール。
【請求項６】
上記延長部または上記冷却部に蓄冷材を接触させたことを特徴とする請求項５に記載の扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュール。
【請求項７】
上記セル内正極端子放熱部と上記セル内負極端子放熱部との間に端子間電気絶縁板を配置するとともに、上記扁平巻回電極部の広い方の一方の側面において、上記セル内正極端子放熱部および上記セル内負極端子放熱部により覆われていない面に段差吸収電気絶縁板を配置し、
上記段差吸収電気絶縁板の厚さを上記セル内正極端子放熱部および上記セル内負極端子放熱部のそれぞれの厚さと略同じにしたことを特徴とする請求項１に記載の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル。
【請求項８】
上記正極集電箔は、上記正極集電箔接続部と接続される余白部以外の余白部が切除され、
上記負極集電箔は、上記負極集電箔接続部と接続される余白部以外の余白部が切除され、
上記正極集電箔接続部および上記負極集電箔接続部を折り曲げて上記密閉容器に収納したことを特徴とする請求項７に記載の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタなど電極が扁平に巻回された電力貯蔵デバイスセルおよびその電力貯蔵デバイスセルを複数直列に接続したモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電極が扁平に巻回され容器に収納される電力貯蔵デバイスセルとしては、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタなどのセルがある。
電気二重層キャパシタは、セパレータを挟んで互いに対向する分極性電極（正極および負極）が設けられ、電解液中において分極性電極の表面に形成される電気二重層の静電容量を利用したものである。【０００３】
また、リチウムイオン電池は、正極にコバルト、ニッケル、マンガンなどの酸化物を、負極にカーボンを用いたものであり、リチウムをカーボン負極に安定に充電貯蔵できることが特長である。【０００４】
また、新しい電気二重層キャパシタとして、リチウムイオンキャパシタが開発されている。このリチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタの負極にリチウムイオンをドープしたもので、電気二重層キャパシタよりも高い上限電圧が得られるが、下限電圧を０Ｖにまでできないという特性をもつものである。【０００５】
これらの電力貯蔵デバイスセルは、アルミラミネート容器や金属容器などの密閉容器に収納されているので、安価でコンパクトに構成できるが、出力電圧が３〜４Ｖ程度と、アルミ電解コンデンサの定格電圧の４００Ｖに比べて低いので、直列に接続することでモジュール化して出力電圧を上げて使用されるのが一般的である。【０００６】
扁平巻回形の電力貯蔵デバイスセルに用いられる電極は、厚さが１０〜３０μｍ程度の帯状の正極集電箔および負極集電箔の上に正極電極層および負極電極層を塗布してセルロースやオレフィン系の樹脂繊維などでできた多孔質な帯状のセパレータを介して、扁平形状の巻回軸芯を中心として数ｍ〜数十ｍも巻回されたものである。
このように構成された扁平巻回形の電力貯蔵デバイスセルは、短冊状の電極を数十枚積み重ねられた積層形の電力貯蔵デバイスセルに比べて、短時間で巻回することができるので量産性や、低コストの点で有利である。
なお、巻回軸芯としては、扁平巻回するときにのみ用いて、完成セルの時点で抜かれてしまう場合が多いが、巻回軸芯を残す場合には、アルミニウムなどの金属製や樹脂製の中空パイプ状のものなどが用いられている。【０００７】
このような扁平巻回形の電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタは、省エネルギーの観点からモータの回生エネルギーを貯蔵する応用が期待されており、サーボモータやエレベータの巻き上げ機、電鉄のブレーキ回生、ハイブリッド自動車などのモータの回生に用いる場合には、１００Ａを超える大電流の充放電の繰り返し特性が求められている。【０００８】
大電流が流れると電流の二乗と内部抵抗に比例する電力損失が発生し、充放電効率が悪化する。また、この電力損失がそのまま発熱となるため、熱伝導体である集電箔から速やかに放熱しないと、電力貯蔵デバイスセル内部の温度が上昇し、性能が急速に低下して寿命劣化などを引き起こす。【０００９】
特に、充電時には、電極が膨らんで電解液が取り込まれるので、電解液の不足が生じやすく劣化を加速する要因になっていた。したがって、扁平巻回形の電力貯蔵デバイスにおいて、急速な充放電を実現するには、集電箔からの放熱性を大幅に上げると共に、発熱を防ぐためにも集電抵抗を大幅に低減する必要があった。ここで、集電抵抗とは、正極および負極の集電箔からそれぞれの電流端子に至るまでの電気抵抗を意味する。【００１０】
そこで従来の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルは、正極集電箔および負極集電箔を、巻回された軸方向に対して互いに反対方向にセパレータより突出させ、かつ正極電極層および負極電極層を形成していない辺縁部をセパレータが露出するように一部を削除した切欠部と突出端部とで構成し、突出端部において正極集電箔および負極集電箔をそれぞれを積層方向に電気的に接続するとともに正極端子および負極端子を電気的に接続したものが用いられていた。【００１１】
また、扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュールにおいては、正極端子と隣接する他の電力貯蔵デバイスセルの負極端子とが近接するように複数個配列し、正極端子と負極端子とを電気伝導性の放熱板で接続したものが用いられていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−１２４０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に開示されている電扁平巻回形力貯蔵デバイスセルでは、従来に比べて集電や放熱が大幅に改善されるものの、集電端子を取り出すために、セルの４辺のうちの２辺を用いているために、巻回された軸方向に対してセルの幅をコンパクトにできないという問題がある。【００１４】
また、特許文献１に開示されている扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュールでは、電力貯蔵デバイスセルを横方向に並べて薄いモジュールを構成する場合に好ましい構造であるが、縦方向に並べた場合には、巻回された軸方向に対してモジュールの幅をコンパクトにできないという問題がある。【００１５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、集電箔から電極端子を介して内部の熱を効率よく外部に放熱するとともに、巻回された軸方向に対してセルおよびモジュールの幅がコンパクトな扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルおよび扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルは、正極集電箔に正極電極層が形成された帯状の正極と負極集電箔に負極電極層が形成された帯状の負極との間に電気絶縁性を有する帯状のセパレータを挟んで扁平な形状に巻回された扁平巻回電極部と、上記扁平巻回電極部に電解液を含浸させて密閉収納する密閉容器と、上記密封容器と電気的に絶縁されて上記正極集電箔および上記負極集電箔にそれぞれ接続された正極端子および負極端子とを備えた扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルにおいて、上記正極集電箔は、上記正極電極層を上記負極電極層に重ね合わせたとき上記負極集電箔と重ならない位置に上記正極電極層が形成されていない余白が残され、上記負極集電箔は、上記負極電極層を上記正極電極層に重ね合わせたとき上記正極集電箔と重ならない位置に上記負極電極層が形成されていない余白が残され、上記正極端子は、上記正極集電箔の余白と接続される正極集電箔接続部、上記密閉容器から外に延びる正極端子外部取り出し部および上記正極集電箔接続部と上記正極端子外部取り出し部との間に位置するとともに上記扁平巻回電極部の広い方の一方の側面の略半分を覆うセル内正極端子放熱部を含み、上記負極端子は、上記負極集電箔の余白と接続される負極集電箔接続部、上記密閉容器から外に延びる負極端子外部取り出し部および上記負極集電箔接続部と上記負極端子外部取り出し部との間に位置するとともに上記扁平巻回電極部の広い方の一方の側面の残りの部分を略覆うセル内負極端子放熱部を含む。【００１７】
また、本発明に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュールは、この発明に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルを２個ずつ１組にし、上記扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルのセル内正極端子放熱部が対面する密閉容器の主要面同士を、セル間放熱板を挟持して対峙させて配置し、上記セル間放熱板は、上記扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルの底面または側面に沿うように延長された延長部を有し、上記延長部と接続されるとともに、底面に設けられる冷却部を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルでは、電流端子を、集電箔接続部、セル内端子放熱部および端子外部取り出し部を含んで構成し、突出端部からセル内端子放熱部を介して巻回された軸方向に面しない１辺から正極端子および負極端子を取り出すようにしたので、突出端部において、集電箔を接続し、集電箔から電極端子を介して内部の熱を効率よく外部に放熱することができるとともに、突出端部側のセルの幅をコンパクトにすることができる。【００１９】
また、本発明の扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュールにおいては、セル内端子放熱部を設けた主要面同士を、セル間放熱板を挟持して対峙させて積層すると共に、セル間放熱板に延長部を設けて、延長部を電力貯蔵デバイスモジュールの冷却部に接続させたので、突出端部に接続した集電箔から電極端子を介して内部の熱を効率よく外部に放熱することができるとともに、突出端部側のモジュールの幅をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルの平面模式図である。
【図２】帯状の正極、負極およびセパレータの配置と大きさを示した模式図である。
【図３】扁平巻回電極部の模式図である。
【図４】扁平巻回電極部に取り付ける前の正極端子と負極端子とを分けて示した平面模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルによりセル間放熱板を挟む様子を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルを１０個用いた電力貯蔵デバイスモジュールの接続前の平面図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルを１０個用いた電力貯蔵デバイスモジュールの接続後の平面図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルを１０個用いた電力貯蔵デバイスモジュールの接続後の側面図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルの模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルの模式図である。
【図１１】この発明の実施の形態５に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルの正極集電箔の余白と負極集電箔の余白の大部分を切除した模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態５に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルの正極集電箔接続部と負極集電箔接続部とを折り曲げて密閉容器に収納した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルの平面模式図である。図１では、扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルの密閉容器の主要面を省略して内部を図示したものである。
この発明の実施の形態１に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルとして、電気二重層キャパシタを例にして説明するが、これに限るものではなく、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタなどであっても同様である。
【００２２】
この発明の実施の形態１に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３は、扁平に巻回される扁平巻回電極部４と、扁平巻回電極部４に電解液を含浸させて密閉収納する密閉容器１０と、密閉容器１０と電気的に絶縁されて正極集電箔に接続される正極端子１と、密閉容器１０と電気的に絶縁されて負極集電箔に接続される負極端子２と、密閉容器１０と正極端子１および負極端子２とを絶縁しながら密閉容器１０を封止するガスシール部７と、を備える。
【００２３】
図２は、巻回する前の帯状の正極、負極およびセパレータの配置と大きさを示した模式図である。
扁平巻回電極部４は、正極集電箔４２に正極電極層４３が形成された帯状の正極４１、負極集電箔４５に負極電極層４６が形成された帯状の負極４４、および正極４１と負極４４の間に挟まれる電気絶縁性を有する帯状のセパレータ４０が巻回されたものである。
正極集電箔４２に塗布された正極電極層４３と負極集電箔４５の裏面に塗布された負極電極層４６とは、セパレータ４０を介して対峙している。
【００２４】
正極電極層４３および負極電極層４６の材料については、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池およびリチウムイオンキャパシタによって異なるが、一般的に用いられている材料をそのまま用いることができ、電気二重層キャパシタの場合には、活性炭微粒子に導電材としてカーボンブラックを添加し、増粘剤とバンダーを添加してペースト化して塗布し乾燥したものを用いることができる。その厚さは、用途によって異なるが、１０〜１００μｍ程度である。
【００２５】
セパレータ４０としては、天然パルプ、天然セルロース、溶剤紡糸セルロース、バクテリアセルロースなどのセルロース系や、ガラス繊維、非フィブリル化有機繊維を含有する不織布のほか、芳香族ポリアミド、全芳香族ポリアミド、芳香族ポリエステル、全芳香族ポリエステル、全芳香族ポリエステルアミド、全芳香族ポリエーテル、全芳香族ポリアゾ化合物、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスチアゾール（ＰＢＺＴ）、ポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフィリル化フォルムあるいは多孔質フィルムが用いられる。厚さとしては、１５μｍから５０μｍ程度、気孔率（空隙率）は６０体積％から８０体積％程度で、平均気孔径が数μｍから数十μｍのものが用いられている。
【００２６】
セパレータ４０に含浸される電解質については、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池およびリチウムイオンキャパシタによって異なるが、一般的に用いられている材料をそのまま用いることができ、電気二重層キャパシタの場合には、例えばカチオンとアニオンの組み合わせで、カチオンが４級アンモニウム、１，３−ジアルキルイミダゾリウム、または１，２，３−トリアルキルイミダゾリウムで、アニオンがＢＦ４−、ＰＦ６−、ＣｌＯ４−、またはＣＦ３ＳＯ３−の塩や、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム（ＥＭＩ）、１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウム（ＤＭＰＩ）のＡｌＣｌ４−やＢＦ４−などの塩などが用いられており、溶媒として炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ジメチル、スルフォラン、炭酸ジエチル、ジメトキシメタン、ジエトキシエタン、γ−ブチルラクトン、アセトニトリル、プロピオニトリルから選ばれる一種またはこれらの二種以上の混合溶媒などが用いられている。なお、本実施の形態において電解液とは、これらを含んだ液状の電解質溶液のことを意味する。
【００２７】
この発明の実施の形態１に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３において、正極４１、負極４４およびセパレータ４０の長さは約８ｍである。正極４１は、正極集電箔４２の表面に右端に余白を残した状態で正極電極層４３が形成されている。負極４４は、負極集電箔４５の表面に左端に余白を残した状態で負極電極層４６が形成されている。そして、負極４４、セパレータ４０、正極４１、セパレータ４０の順に重ねられている。このとき、正極集電箔４２の右側の余白部分および負極集電箔４５の左側の余白部分が露出するようにずらして重ねられている。セパレータ４０は、正極電極層４３および負極電極層４６より幅および長さとも広くしている。また、正極電極層４３よりも負極電極層４６が一回り大きくしている。これは、負極電極層４６に対峙していない正極電極層４３で特異的な腐食と劣化が起こることを防ぐためである。電気二重層キャパシタに限らず、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタでも同様の構成が用いられる。
【００２８】
正極集電箔４２としては厚さ２０〜３０μｍ程度のアルミ箔が、負極集電箔４５としては、厚さ２０μｍ程度のアルミ箔もしくは厚さ１０〜２０μｍ程度の銅箔などが用いられる。
正極集電箔４２および負極集電箔４５は、それぞれ正極電極層４３および負極電極層４６が形成されていない余白を有する。そして、正極集電箔４２および負極集電箔４５は、セパレータ４０を挟んで帯状の長手方向に巻回され、巻回された軸方向に対して互いに反対方向にセパレータ４０より突出している。
【００２９】
図３は、扁平巻回電極部の模式図である。
上述のようにして巻回装置で形成された扁平巻回電極部４の正極集電箔４２の右側の余白４７および負極集電箔４５の左側の余白４８から、プレス切断部４９をプレス機によって分離し、正極突出端部１４および負極突出端部２４を作製する。
正極集電箔４２の正極突出端部１４において、正極集電箔４２が積層方向に電気的に接続される。
負極集電箔４５の負極突出端部２４において、負極集電箔４５が積層方向に電気的に接続される。
【００３０】
図４は、扁平巻回電極部４に取り付ける前の正極端子１と負極端子２とを分けて示した平面模式図である。
正極端子１は、正極集電箔接続部１１、セル内正極端子放熱部１２および正極端子外部取り出し部１３で構成されている。
正極集電箔接続部１１は、正極端子折り曲げ部１５と正極端子対面部１６とが設けられ、正極端子折り曲げ部１５で正極端子１を１８０度折り曲げて、正極集電箔４２の正極突出端部１４を挟み込み、超音波溶接等で、接続部６において、正極集電箔４２の正極突出端部１４と正極端子１とが電気的に接続されている。
セル内正極端子放熱部１２は、隙間３１を介してセル内負極端子放熱部２２と対峙すると共に、主要面電気絶縁シート５を介して、扁平巻回電極部４の一方の主要面の片側を覆ってセル内端子放熱部３２を構成する。
正極端子外部取り出し部１３は、密閉容器１０の４辺の中で、巻回された軸方向の２辺の中の一方の辺３５からガスシール部７を介して外部に取り出されている。
【００３１】
負極端子２は、負極集電箔接続部２１、セル内負極端子放熱部２２および負極端子外部取り出し部２３で構成されている。
負極集電箔接続部２１は、負極端子折り曲げ部２５と負極端子対面部２６とが設けられ、負極端子折り曲げ部２５で負極端子２を１８０度折り曲げて、負極集電箔４５の負極突出端部２４を挟み込み、超音波溶接等で、接続部６において、負極集電箔４５の負極突出端部２４と負極端子２とが電気的に接続されている。
セル内負極端子放熱部２２は、隙間３１を介してセル内正極端子放熱部１２と対峙すると共に、主要面電気絶縁シート５を介して、扁平巻回電極部４の一方の主要面の片側の残りを覆ってセル内端子放熱部３２を構成する。
負極端子外部取り出し部２３は、密閉容器１０の４辺の中で、巻回された軸方向の２辺の中の一方の辺３５からガスシール部７を介して外部に取り出されている。
【００３２】
正極端子１としては、厚さ０．５〜１ｍｍ程度のアルミやステンレスが、負極端子２としては、厚さ０．５〜１ｍｍ程度のアルミやニッケルメッキした銅が用いられる。これらの金属箔や電流端子の厚さについては、取り出す電流の大きさによって選択され、電流が大きくなるほど厚い素材が用いられる。
【００３３】
主要面電気絶縁シート５としては、ポリカーボネート、ポリプロピレンやポリエチレンなどの樹脂フィルムや多孔質シートを用いることができる。主要面電気絶縁シート５の厚さとしては、１０μｍから１ｍｍ程度のものまで使用することができる。厚さを薄くするほど、セルの厚さを薄くでき、体積エネルギー密度や重量エネルギー密度を高めることができるが、電気絶縁が難しくなる。主要面電気絶縁シート５としてセパレータ４０と同じ材料を用いても良い。
【００３４】
扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３の大きさについては、使用目的によって異なるが、本実施の形態１においては、扁平巻回電極部４の巻回の軸方向の長さが約１００ｍｍ、横が約８０ｍｍ、厚さが約１０ｍｍで、電気二重層キャパシタの静電容量で約１０００Ｆである。
【００３５】
密閉容器１０はアルミラミネートフィルムで構成されており、正極端子１および負極端子２を外部に取り出す部分以外は予め封止されて袋状に加工されている。熱融着シール材料として、ポリエチレンやポリプロピレンフィルムが用いられる。
【００３６】
正極端子１および負極端子２が接続された扁平巻回電極部４を、正極端子外部取り出し部１３および負極端子外部取り出し部２３が密閉容器１０の開口部分から外に突き出すようにして密閉容器１０に挿入する。そして、密閉容器１０の内部を開口部分から真空に引いて扁平巻回電極部４に含まれていた水分などを除去した後、開口部分から電解液を密閉容器１０の内部に注入する。電気二重層キャパシタの場合には、予備充電回路を用いて、正極端子１と負極端子２との間に動作電圧よりも高い電圧を印加して、さらに水分などを除去する。その後で開口部分を封止して扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３を完成させる。
【００３７】
この発明の実施の形態１に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３では、正極集電箔４２の正極突出端部１４と正極端子１とが電気的に接続され、負極集電箔４５の負極突出端部２４と負極端子２とが電気的に接続されているので、集電抵抗を低くすることができるとともに、正極集電箔４２から正極端子１および負極集電箔４５から負極端子２を介して内部の熱を効率よく外部に放熱することができる。
【００３８】
また、正極端子１が、正極集電箔接続部１１、セル内正極端子放熱部１２および正極端子外部取り出し部１３で構成され、且つ負極端子２が、負極集電箔接続部２１、セル内負極端子放熱部２２および負極端子外部取り出し部２３で構成されるので、正極集電箔４２および負極集電箔４５から集熱した熱を、セル内正極端子放熱部１２およびセル内負極端子放熱部２２で放熱した後で、正極端子外部取り出し部１３および負極端子外部取り出し部２３から電流を取り出すことができる。これによって、正極端子外部取り出し部１３および負極端子外部取り出し部２３をガスシールするガスシール部７に伝わる熱を少なくして、ガスシール部７の高温化を防止し、大電流の急速な充放電を繰り返した場合でも、ガスシール部７の温度を低く保って、ガスシール性の低下を防止することができる。
【００３９】
ガスシール部７はポリエチレンやポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂で構成され、１２０℃以上で軟化するために、１２０℃以上の高温になると、ガスシール性が劣化し、大気中の水分が密閉容器１０内に進入し、有機溶媒や電解質と反応してガスを発生させ、セルを劣化させたり、密閉容器を膨張させたりする恐れがあるが、上述のようにすることによりガスシール性の低下を防げる。
【００４０】
なお、正極突出端部１４の間に、露出したセパレータ４０と接する電解液リザーバを備えても良く、電解液のセパレータ４０への移動を容易にするとともに、電解液リザーバによってセパレータ４０の電解液の過不足を補償し、充放電に伴う電解液の増減に対応してセパレータ４０が常に電解液で満たされた状態を維持することができる。本発明の実施の形態１の構造によって、電解液リザーバの設置に障害になることは一切ない。
【００４１】
また、上述の実施の形態１に係る扁平巻回電極部４の正極突出端部１４および負極突出端部２４を２箇所ずつ、正極端子１の正極集電箔接続部１１を２箇所、負極端子２の負極集電箔接続部２１を２箇所設けているが、それぞれ１箇所だけでも良いし、３箇所以上設けても良く、同様の効果が得られる。
【００４２】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態１に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３を用いた電力貯蔵デバイスモジュールについて図５から図８を用いて説明する。
図５は、この発明の実施の形態１に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３によりセル間放熱板８を挟む様子を示す模式図である。図６は、この発明の実施の形態１に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３を１０個用いた電力貯蔵デバイスモジュールの接続前の平面図である。図７と図８は、扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルを１０個用いた１０セルモジュールの接続後の平面図と正面図である。
【００４３】
この発明の実施の形態２に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュールでの扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３は、実施の形態１に係るものである。この扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３の扁平な密閉容器１０の幅広い２つの側面の中のセル内端子放熱部３２が接する側面は放熱に関して主要面となる。
そして、扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュールは、１０個の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３がプラスチック製のモジュール容器５１の内部に一列に並べられて収納されている。一列に並べた扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３を２個ずつに区分けし、区分けした２個の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３を、間にセル間放熱板９を介在され主要面が対向するように配置する。
セル間放熱板８には、セル間放熱板延長部９があり、セル間放熱板延長部９を電力貯蔵デバイスモジュール底面の冷却部５５と接する。
【００４４】
１つの扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３の正極端子１と隣接する扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３の負極端子とを超音波溶接等で接続し、セル間接続部５２を形成する。プラス端子５３とマイナス端子５４の間に１０個の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルが直列に接続される。
【００４５】
この発明の実施の形態２に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュールによれば、２個の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３ごとに挿入されたセル間放熱板８によって、集熱され、扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュールの外部に熱が放出されるので、各扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３の正極集電箔４２および負極集電箔４５から集熱した熱を、セル内正極端子放熱部１２およびセル内負極端子放熱部２２でセル間放熱板８に放熱した後、正極端子外部取り出し部１３および負極端子外部取り出し部２３から電流を取り出すことができる。これによって、正極端子外部取り出し部１３および負極端子外部取り出し部２３をガスシールするガスシール部７に伝わる熱が少なくなり、ガスシール部７の高温化を防止し、大電流の急速な充放電を繰り返した場合でも、ガスシール部７の温度を低く保って、ガスシール性の低下を防止することができる。
【００４６】
また、この発明の実施の形態２に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュールによれば、セル間放熱板延長部９から、モジュール容器５１の底面に備えた冷却部５５に効率よく伝熱できるので、扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュールの一部分のみを空冷または水冷によって冷却すればよい。
【００４７】
なお、セル間放熱板延長部９は、底面ではなくモジュール容器５１の両側面または片側の側面に接することができるようにしても良い。その場合、実施の形態２で底面に備えた冷却部５５を側面に設けることで、実施の形態２の場合と同様の効果をえることができる。
【００４８】
また、セル間放熱板延長部９または冷却部５５に蓄冷材を接触させれば、万一、一定の温度以上の温度になった場合に、蓄冷材の潜熱効果によって、冷却し、温度の上昇を防止することができる。蓄冷材としては、１００℃を越える温度で溶融あるいは軟化して吸熱する物質が望ましく、ポリエチレンやポリプロピレンの熱可塑性樹脂や溶融塩、糖類などを用いることができる。蓄冷材はモジュール容器５１の中に入っていてよい。また、モジュール容器５１の一部を形成していて良い。
また、冷却部５５の外側に接触させていてもよい。セル間放熱板延長部９または冷却部５５に蓄熱材を接触させた形態は、大電流で１００℃を越える場合の他、自動車のエンジンルームに装着した場合のように、外部から高温が与えられる恐れがある場合に特に有効である。
【００４９】
実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルの模式図である。
この発明の実施の形態３に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３Ｂは、この発明の実施の形態１に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル３にバランス抵抗３８を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
バランス抵抗３８は、チタニアの微粒子に１０重量％のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）をバインダーとして、圧延して厚さ０．１ｍｍのシート状にしたものを、５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさに切断して用いた。
バランス抵抗３８は、セル内正極端子放熱部１２とセル内負極端子放熱部２２とを跨って両方に接触している。
【００５０】
バランス抵抗３８は、バランス抵抗３８を通じて徐々にリーク電流を流し、扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルのセル電圧が高く維持されないようにする保護回路である。扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルを直列に接続した扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュールの場合に特に大きな効果を発揮し、各扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルのセル電圧のアンバランスを解消する役割も果たす。
【００５１】
実施の形態３のバランス抵抗３８は、保護回路としての役割を果たし、半導体であるチタニアで構成しているので、そのバンドギャップである３Ｖ以上の電圧が正極と負極の間に加わると抵抗が低下して短絡電流が流れ、３Ｖ以上にセル電圧が上昇することを防止する。３Ｖ以上のセル電圧では、電解液が分解してガス発生が起こったり、容量が低下したり、セルの内部抵抗が増大したりするなどの劣化が起こる恐れがあるが、バランス抵抗３８を備えることにより、その恐れを解消することができる。
【００５２】
また、ハンダ付けや接続などの部品が不要なので、セル内部での接続が可能になると共に、工程が簡素化できる効果が得られる。
また、バランス抵抗３８を備えることで、通常用いられる保護回路を用いる必要がなくなる。
【００５３】
なお、バランス抵抗３８は実施の形態３のように半導体ではなくても良く、通常の抵抗器に用いられるような抵抗体を用いてもよい。バランス抵抗３８の抵抗値としては１００Ωから５００Ω程度が望ましく、抵抗値が小さすぎると、多くのリーク電流が流れるので、エネルギー効率が悪化する。また抵抗値が大きすぎると、バランス抵抗３８としての働きが弱まる。
【００５４】
実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態４に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルの模式図である。
図１０に示すように、実施の形態４に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルは、セル内正極端子放熱部１２とセル内負極端子放熱部２２と間に端子間電気絶縁板６１を配置している。さらに、扁平巻回電極部の広い方の一方の側面において、セル内正極端子放熱部１２およびセル内負極端子放熱部２２により覆われていない面に、段差吸収電気絶縁板６２を配置している。ここで、段差吸収電気絶縁板６２の厚さは、セル内正極端子放熱部１２およびセル内負極端子放熱部２２の厚さと、およそ同じにしている。
【００５５】
端子間電気絶縁板６１および段差吸収電気絶縁板６２としては、各種樹脂などを用いることができ、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂やポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂などが望ましい。また、端子間電気絶縁板６１および段差吸収電気絶縁板６２の厚さは、セル内正極端子放熱部１２およびセル内負極端子放熱部２２の厚さと、ほぼ同じであることが望ましく、段差を小さくすることで、扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルを積層した場合に、隣接するセルとの密着性を確保し、面圧を均一化することができる。樹脂以外に、高熱伝導シートやゴムラバーなどを用いても良い。なお、端子間電気絶縁板６１については、厚さは、セル内正極端子放熱部１２およびセル内負極端子放熱部２２よりも薄くても支障はないが、同程度の厚さであることが望ましい。また、端子間電気絶縁板６１と段差吸収電気絶縁板６２は、一体化されていてもよく、同一材料であっても良い。
【００５６】
実施の形態４の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルは、他の実施の形態に比べて、巻回形電力貯蔵デバイスセルの広い方の一方の側面、すなわち、主要面に占めるセル内正極端子放熱部１２およびセル内負極端子放熱部２２の面積が小さく、接続部６が正負１個ずつになっている。これによって、セル内電極端子放熱部からの放熱機能は減少するが、内部抵抗を低く保った上で、端子材料のコストを削減するとともに、接続部を接続する製造コストを削減することができる。
【００５７】
実施の形態５．
図１１は、この発明の実施の形態４に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルの正極集電箔の余白と負極集電箔の余白の大部分を切除した模式図である。
正極集電箔の余白と負極集電箔の余白の大部分を切除しており、切除した残りの負極集電箔の余白部６３と、切除した残りの正極集電箔の余白部６４に対して、正極集電箔接続部１１と負極集電箔接続部２１が両側面から飛び出している。この飛び出した正極集電箔接続部１１と負極集電箔接続部２１を折り曲げることによって、図１１の幅方向のコンパクト化を図ることが可能になる。
【００５８】
図１２は、正極集電箔接続部１１と負極集電箔接続部２１とを折り曲げて密閉容器に収納した模式図である。具体的には、図１１の構成を備えた実施の形態５に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルを、負極接続折り曲げ部６５および正極接続折り曲げ部６６により折り曲げる構造とすることで、密閉容器１０に収納した状態を示している。このように、図１２の構成を備えた実施の形態５に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルは、図１０の実施の形態４に比べて、幅方向のコンパクト化を図ることができ、密閉容器１０も小さくてすむ構造を実現できる。また、切除した正極集電箔の余白および負極集電箔の余白の分だけ、重量が軽くなり、エネルギー密度や出力密度を増すことが可能になる。
【符号の説明】
【００５９】
１  正極端子、２  負極端子、３、３Ｂ  扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル、４  扁平巻回電極部、５  主要面電気絶縁シート、６  接続部、７  ガスシール部、８  セル間放熱板、９  セル間放熱板延長部、１０  密閉容器、１１  正極集電箔接続部、１２  セル内正極端子放熱部、１３  正極端子外部取り出し部、１４  正極突出端部、１５  正極端子折り曲げ部、１６  正極端子対面部、２１  負極集電箔接続部、２２  セル内負極端子放熱部、２３  負極端子外部取り出し部、２４  負極突出端部、２５  負極端子折り曲げ部、２６  負極端子対面部、３１  隙間、３２  セル内端子放熱部、３５  辺、３８  バランス抵抗、４０  セパレータ、４１  正極、４２  正極集電箔、４３  正極電極層、４４  負極、４５  負極集電箔、４６  負極電極層、４７、４８  余白、４９  プレス切断部、５１  モジュール容器、５２  セル間接続部、５３  プラス端子、５４  マイナス端子、５５  冷却部、６１  端子間電気絶縁板、６２  段差吸収電気絶縁板、６３  切除した残りの負極集電箔の余白部、６４  切除した残りの正極集電箔の余白部、６５  負極接続折り曲げ部、６６  正極接続折り曲げ部。
【図１】
2011027683.tif 000003
【図２】
2011027683.tif 000004
【図３】
2011027683.tif 000005
【図４】
2011027683.tif 000006
【図５】
2011027683.tif 000007
【図６】
2011027683.tif 000008
【図７】
2011027683.tif 000009
【図８】
2011027683.tif 000010
【図９】
2011027683.tif 000011
【図１０】
2011027683.tif 000012
【図１１】
2011027683.tif 000013
【図１２】
2011027683.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月30日(2011.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
この発明に係る扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルは、正極集電箔に正極電極層が形成された帯状の正極と負極集電箔に負極電極層が形成された帯状の負極との間に電気絶縁性を有する帯状のセパレータを挟んで扁平な形状に巻回された扁平巻回電極部と、上記扁平巻回電極部に電解液を含浸させて密閉収納する密閉容器と、上記密封容器と電気的に絶縁されて上記正極集電箔および上記負極集電箔にそれぞれ接続された正極端子および負極端子とを備えた扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルにおいて、上記正極集電箔は、上記正極電極層を上記負極電極層に重ね合わせたとき上記負極集電箔と重ならない位置に上記正極電極層が形成されていない余白が残され、上記負極集電箔は、上記負極電極層を上記正極電極層に重ね合わせたとき上記正極集電箔と重ならない位置に上記負極電極層が形成されていない余白が残され、上記正極端子は、上記正極集電箔の余白と接続される正極集電箔接続部、上記密閉容器から外に延びる正極端子外部取り出し部および上記正極集電箔接続部と上記正極端子外部取り出し部との間に位置するとともに上記扁平巻回電極部の広い方の一方の側面の略半分を覆うセル内正極端子放熱部を含み、上記負極端子は、上記負極集電箔の余白と接続される負極集電箔接続部、上記密閉容器から外に延びる負極端子外部取り出し部および上記負極集電箔接続部と上記負極端子外部取り出し部との間に位置するとともに上記扁平巻回電極部の広い方の一方の側面の残りの部分を略覆うセル内負極端子放熱部を含み、上記セル内正極端子放熱部と上記セル内負極端子放熱部との間に端子間電気絶縁板を配置するとともに、上記扁平巻回電極部の広い方の一方の側面において、上記セル内正極端子放熱部および上記セル内負極端子放熱部により覆われていない面に段差吸収電気絶縁板を配置し、上記段差吸収電気絶縁板の厚さを上記セル内正極端子放熱部および上記セル内負極端子放熱部のそれぞれの厚さと略同じにしたものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電箔に正極電極層が形成された帯状の正極と負極集電箔に負極電極層が形成された帯状の負極との間に電気絶縁性を有する帯状のセパレータを挟んで扁平な形状に巻回された扁平巻回電極部と、上記扁平巻回電極部に電解液を含浸させて密閉収納する密閉容器と、上記密封容器と電気的に絶縁されて上記正極集電箔および上記負極集電箔にそれぞれ接続された正極端子および負極端子とを備えた扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルにおいて、
上記正極集電箔は、上記正極電極層を上記負極電極層に重ね合わせたとき上記負極集電箔と重ならない位置に上記正極電極層が形成されていない余白が残され、
上記負極集電箔は、上記負極電極層を上記正極電極層に重ね合わせたとき上記正極集電箔と重ならない位置に上記負極電極層が形成されていない余白が残され、
上記正極端子は、上記正極集電箔の余白と接続される正極集電箔接続部、上記密閉容器から外に延びる正極端子外部取り出し部および上記正極集電箔接続部と上記正極端子外部取り出し部との間に位置するとともに上記扁平巻回電極部の広い方の一方の側面の一部を覆うセル内正極端子放熱部を含み、
上記負極端子は、上記負極集電箔の余白と接続される負極集電箔接続部、上記密閉容器から外に延びる負極端子外部取り出し部および上記負極集電箔接続部と上記負極端子外部取り出し部との間に位置するとともに上記扁平巻回電極部の広い方の一方の側面の残りの部分を覆うセル内負極端子放熱部を含み、
上記セル内正極端子放熱部と上記セル内負極端子放熱部との間に端子間電気絶縁板を配置するとともに、上記扁平巻回電極部の広い方の一方の側面において、上記セル内正極端子放熱部および上記セル内負極端子放熱部により覆われていない面に段差吸収電気絶縁板を配置し、
上記段差吸収電気絶縁板の厚さを上記セル内正極端子放熱部および上記セル内負極端子放熱部のそれぞれの厚さと略同じにした
ことを特徴とする扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル。
【請求項２】
上記正極集電箔の余白は、上記正極集電箔が上記セパレータおよび上記負極集電箔と扁平に巻回されたとき、同じ位置に来るように残された突出端部であり、
上記負極集電箔の余白は、上記負極集電箔が上記セパレータおよび上記正極集電箔と扁平に巻回されたとき、同じ位置に来るように残された突出端部であることを特徴とする請求項１に記載の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル。
【請求項３】
上記セル内正極端子放熱部と上記セル内負極端子放熱部とを接続するバランス抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル。
【請求項４】
上記バランス抵抗は、半導体微粒子を含んでシート状に構成されたことを特徴とする請求項３に記載の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル。
【請求項５】
複数の請求項１乃至４のいずれかに記載の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルを２個ずつ１組にし、上記扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルのセル内正極端子放熱部が対面する密閉容器の主要面同士を、セル間放熱板を挟持して対峙させて配置し、
上記セル間放熱板は、上記扁平巻回形電力貯蔵デバイスセルの底面または側面に沿うように延長された延長部を有し、
上記延長部と接続されるとともに、底面に設けられる冷却部を有することを特徴とする扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュール。
【請求項６】
上記延長部または上記冷却部に蓄冷材を接触させたことを特徴とする請求項５に記載の扁平巻回形電力貯蔵デバイスモジュール。
【請求項７】
上記正極集電箔は、上記正極集電箔接続部と接続される余白部以外の余白部が切除され、
上記負極集電箔は、上記負極集電箔接続部と接続される余白部以外の余白部が切除され、
上記正極集電箔接続部および上記負極集電箔接続部を折り曲げて上記密閉容器に収納したことを特徴とする請求項１に記載の扁平巻回形電力貯蔵デバイスセル。
【国際調査報告】
2011027683.tif 000015
2011027683.tif 000016
2011027683.tif 000017
2011027683.tif 000018
2011027683.tif 000019